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内容简介

《固体激光材料物理学》主要论述固体激光材料中光的发射、吸收，晶格振动对光谱性能的影响以及无辐射跃迁、离子之间能量传递等重要物理过程的基本理论，导出计算其光谱能级和主要性能参数的公式，纠正一些文献中出现的错误。从基本物理定律和公式出发，联系材料的结构和组成，对其光谱和激光性能进行较深入的分析。《固体激光材料物理学》的另一个主要内容是应用基本理论知识介绍、分析当前激光技术领域几种主要激光材料的性能。附录中包括分析和计算固体激光材料能级和光谱性能的重要表格。

目录

前言
第1章 自由离子能级1
1.1单电子原子(离子)的能级1
1.2多电子自由离子能级的一般性质5
1.3自由过渡族离子能级9
1.4自由稀土离子能级12
1.5稀土离子中各种相互作用理论21
参考文献25
第2章 群论与量子理论27
2.1对称性的数学描述27
2.2群的基本概念28
2.3群表示理论31
2.4群的直积和群表示的直积34
2.5光谱学常用群概述35
2.6点群及其表示40
2.7对称性与介质中离子的量子理论44
2.8球对称群和角动量理论46
2.9不可约张量算符和矩阵元计算51
参考文献56
第3章 介质中的稀土离子57
3.1晶场对激活离子的作用57
3.2稀土离子的能级分裂59
3.3晶场量子数66
3.4晶场计算中的群链方法74
参考文献83
第4章 辐射跃迁理论85
4.1电磁场与激活离子的相互作用85
4.2光发射和吸收的几率88
4.3辐射跃迁的选择定则94
参考文献100
第5章 光谱参数及其计算101
5.1吸收系数、吸收(发射)截面和振子强度101
5.2爱因斯坦系数及其与光谱系数的关系106
5.3Judd-Ofelt参数计算109
5.4各向异性晶体光谱参数计算118
5.5超敏跃迁122
参考文献123
第6章 声子与光谱线126
6.1晶格振动量子化——声子126
6.2杂质进入晶格后引起的晶格振动模的变化133
6.3光的发射和吸收中的晶格弛豫134
6.4光谱线热加宽和热位移的主要机制143
6.5单声子吸收(发射)对谱线宽度的贡献144
6.6声子拉曼散射对谱线宽度的贡献148
6.7光谱线热位移计算151
6.8谱线热加宽和热位移的具体例子155
参考文献159
第7章 介质中过渡族离子能级和光谱161
7.13d1电子组态的能级和光谱162
7.23d2电子组态的能级和光谱166
7.33d3电子组态的能级和光谱174
7.4红宝石偏振吸收谱R线相对强度分析181
7.5晶体中三价铬离子的光谱参数的估算184
参考文献189
第8章 离子内无辐射跃迁192
8.1无辐射跃迁矩阵元的数学变换193
8.2无辐射跃迁的激发模和接收模196
8.3弱耦合系统无辐射跃迁理论——跃迁几率能隙指数定律197
8.4无辐射与辐射在跃迁几率上的平行性202
8.5弱耦合下无辐射跃迁几率与温度的关系204
8.6强耦合系统无辐射跃迁理论205
8.7无辐射跃迁的非线性理论211
8.8受激无辐射跃迁213
参考文献219
第9章 离子间的能量传递和迁移221
9.1离子之间的共振能量传递理论221
9.2离子之间的声子辅助的能量传递225
9.3离子间能量传递的统计理论229
9.4离子间能量迁移及其对能量传递的作用232
9.5自激活激光晶体荧光猝灭特点242
参考文献246
第10章 激光与材料物理性能248
10.1固体激光原理简述248
10.2固体激光材料性能品质因数254
10.3激光起振阈值与基质化学组成间的关系255
10.4固体激光材料的热—光学性能258
10.5非线性光学性能与激光损伤270
参考文献274
第11章 激光晶体复合功能276
11.1晶体的二阶非线性光学效应277
11.2自倍频激光晶体中基波和倍频波的关系.283
11.3自倍频激光非线性光学耦合方程287
11.4激光晶体的自混频效应292
11.5激光晶体的受激拉曼散射效应300
参考文献307
第12章 激光玻璃表观晶场模型及其应用310
12.1玻璃材料的结构和光谱特征311
12.2稀土离子在非晶基质中的表观晶场315
12.3Er3+在三种典型玻璃中晶场能级的分析323
参考文献335
附录337
索引369

精彩书摘

第1章 自由离子能级
原子光谱是光谱学的渊源，也是固体光谱物理学的基础。本书主要的研究对象固体激光材料，由绝缘材料中加入稀土或过渡金属离子(统称激活离子)构成，其光谱与自由离子的能级结构和跃迁规律有很紧密的关系。因此，自由离子(原子)能级和光谱的基本特点、规律和研究方法是学习本书以后各章所必需掌握的基本知识。原子光谱学的基本理论已有很多很好的参考书，如Herzberg[1]，Condon和Shortley[2]，Slater[3]及Condon和Odabasi[4]的专著，本章只介绍与材料光谱性质研究有关的最基本的知识并进行常用符号的约定，读者可参阅有关专著以获得更深入的了解。
1.1 单电子原子(离子)的能级
氢原子只有一个电子，类氢离子(如He+，Li2+，Be3+等)也都只有一个电子绕着带正电荷的原子核运动。单电子原子的能级结构是量子力学可以进行严格理论处理的问题，是分析其他光谱问题的基础。用量子力学理论分析氢原子或类氢离子，实际上是求解一个带电粒子在有心力场中的薛定谔方程。其哈密顿量可写成
H=H0+Hso+HZ+其他小项(1.1)
式中，H0是电子与原子核静电相互作用的哈密顿量；Hso是自旋{轨道相互作用的哈密顿量
Hso=(r)l￠s(1.2)
式中，(r)为自旋{轨道耦合参数；l=r￡p是电子的轨道角动量算符；s是电子的自旋角动算符量。自旋{轨道相互作用严格地讲是一种相对论效应。除此以外，其他相对论效应的影响暂不考虑。HZ是原子与外磁场相互作用哈密顿量，当外磁场的磁感应强度为B时，HZ可写成
量子力学的一般处理方法是先将式(1.1)中的主要项H0考虑进来，小项在第二步再用微扰论处理。
从式(1.18)可以看出，当不考虑自旋{轨道相互作用和其他相对论效应时，氢原子和类氢离子的单电子能量仅与主量子数有关。同一主量子数下，不同角动量状态和不同自旋状态具有相同的能量，这种情况在量子力学中称为简并。其相应的简并度f容易求得。
有一类原子的电子运动与氢原子类似。例如，碱金属原子Li，Na，K，Rb和Cs都有一个价电子，与原子实结合比较松弛，而相应原子实的电子结构分别类似于He，Ne，Ar等惰性气体原子。未计入电子的自旋{轨道耦合时，其价电子的能量本征值与氢原子有类似的表示式。
量子亏损￠随着主量子数n的不同只有微小的变化，但随着角动量量子数l的增大而明显减小。
原子能级理论的一个最基本但又最常用的结果是电子状态由主量子数n、轨道角动量量子数l、磁量子数m和自旋量子数s来标记。它是讨论多电子问题的基础。光谱学上一般用s，p，d，f，g，h，i，k，l，￠￠￠来表示l=0，1，2，3，4，5，6，7，8，￠￠￠。
1.2 多电子自由离子能级的一般性质
从量子力学上讲，多电子原子系统是一个复杂的多体系统，要严格求解几乎是不可能的。所幸的是像许多其他量子力学问题一样，可以在足够好的近似下忽略一些次要的相互作用，把问题加以简化。其中一个重要的近似就是“中心场近似”。可以把原子视为N个电子围绕一个质量可看成无穷大、电荷为Z的核运动，每个电子的电荷为.e，质量为me，哈密顿量可表示。
第二项包含了电子之间的间距ri;j，因而不能采用分离变量法求解，而且，这项足够大，不能用微扰法处理。为解决这一困难，可以求助于中心场近似。假设电子是在一个可用函数.U(ri)/e表示的势场中运动，除了电子自旋{轨道相互作用外的哈密顿量表示成

前言/序言

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